柴油机高压共轨系统构成、柴油机高压共轨系统构成、工作原理及基本控制方法工作原理及基本控制方法 共轨式电控燃油系统构成及其控制技术•燃油系统：油泵、共轨、喷油器、调压器•电控系统：传感器、线束、ECU•控制技术 高压共轨电控燃油系统的构成高压共轨电控燃油系统的构成· 高压共轨电控柴油机高压共轨电控柴油机 1998年进入批量生产，当年产量为18万套，1999年上升至38万套，2000年的计划产量是80万套1998年该系统的喷油压力为1350bar，2000年该系统的喷油压力达到1800-2000bar一）一）BOSCH高压共轨系统高压共轨系统 SAE1999-01-0191 共轨燃油系统的组成共轨燃油系统的组成• 1）低压部件）低压部件 2）高压部件）高压部件 3）） ECU 4））传感器传感器 5）执行器）执行器 1））油箱：油箱：在任意工况下保持在任意工况下保持0.3bar压力，压力，合适的开孔或安全阀合适的开孔或安全阀2））低压油管：低压油管：钢管，或带助燃剂的钢编织钢管，或带助燃剂的钢编织铠装柔性油管，放热保护措施铠装柔性油管，放热保护措施3））输油泵：输油泵：电控，或齿轮泵带粗滤器电控，或齿轮泵带粗滤器4））过滤器：过滤器：高压泵过滤，避免泵等敏感元高压泵过滤，避免泵等敏感元件出现早期磨损件出现早期磨损1。
低压部分：低压部分：为高压部分提供足够的燃油为高压部分提供足够的燃油必须定期从集水腔中放水必须定期从集水腔中放水 输油泵：输油泵：向高压泵提供足够燃油向高压泵提供足够燃油•在在任何工况下任何工况下•在必要的压力下在必要的压力下•贯穿于整个寿命周期贯穿于整个寿命周期电子输油泵：电子输油泵：标准型永磁电机驱动，仅用于标准型永磁电机驱动，仅用于轿车和轻型商用车负责供油，在紧急情况下轿车和轻型商用车负责供油，在紧急情况下中断供油中断供油• 泵：箱外安装泵：箱外安装• 在箱泵：箱内安装在箱泵：箱内安装齿轮式燃油泵：齿轮式燃油泵：机械驱动，用于轿车、商用车、机械驱动，用于轿车、商用车、非道路机动车非道路机动车高压部分：产生高压，燃油分配，燃油计量高压部分：产生高压，燃油分配，燃油计量 3套泵油柱塞，每转套泵油柱塞，每转3次次供油，连续产生高压供油，连续产生高压低的峰值驱动力矩低的峰值驱动力矩（（16Nm，，分配泵的分配泵的1/9））1350bar，，90%机械效率，机械效率，3.8kW传动比，传动比，1：：2或或2：：3 BOSCH高压泵控制原理高压泵控制原理停油阀停油阀：关闭泵油组件，：关闭泵油组件，粗调。
降低油泵功率消粗调降低油泵功率消耗耗内压控制阀内压控制阀：电控：电控溢流阀，连续调节溢流阀，连续调节压力可安装在泵压力可安装在泵上，也可分开安装上，也可分开安装 共轨压力控制的关键执行器：内压控制阀（高压溢流阀原理）共轨压力控制的关键执行器：内压控制阀（高压溢流阀原理）两个控制回路两个控制回路电子控制回路：共轨中的可变平均压力控制电子控制回路：共轨中的可变平均压力控制机械控制回路：高频压力波动的快速响应补偿控制机械控制回路：高频压力波动的快速响应补偿控制共轨压力＝电磁力＋弹簧力共轨压力＝电磁力＋弹簧力 电枢电流电枢电流 PWM波占空比波占空比（（1KHz，，抑止干扰运动或共抑止干扰运动或共轨内的压力波动）轨内的压力波动） 共轨的作用：存储高压共轨的作用：存储高压 抑止因供油和喷油而产生的波动抑止因供油和喷油而产生的波动内压控制阀和限流器可根据内压控制阀和限流器可根据具体情况选装具体情况选装 •压力变化压力变化•皮膜上的金属层形状变化（皮膜上的金属层形状变化（1500bar－－1mm））•电阻变化电阻变化•电阻桥上的电压变化（电阻桥上的电压变化（0~70mv －－> 0.5~4.5v））•精确测量对系统有效运行至关重要精确测量对系统有效运行至关重要•测量精度为满量程的测量精度为满量程的2％％•瞬时响应要求高瞬时响应要求高•一旦损坏，必须起用应急备份功能，一旦损坏，必须起用应急备份功能，按设定值替代按设定值替代共轨压力传感器：共轨系统中共轨压力传感器：共轨系统中最关键的传感器最关键的传感器 • 确保共轨中的压力失控后不会超压确保共轨中的压力失控后不会超压•机械溢流阀原理机械溢流阀原理•1350bar可靠关闭，大于允许短时超可靠关闭，大于允许短时超过过1500bar • 阻止喷油器常开（喷油器失控）阻止喷油器常开（喷油器失控）•少量泄漏故障时的保护处理少量泄漏故障时的保护处理•1350bar可靠关闭，大于允许短时超过可靠关闭，大于允许短时超过1500bar通过柱塞移动的排油量来补偿喷油量，而不是通过节流孔（孔很小）。
喷油结通过柱塞移动的排油量来补偿喷油量，而不是通过节流孔（孔很小）喷油结束时，柱塞停止移动，但并没有靠在密封面上关闭出油口弹簧将它压回静止束时，柱塞停止移动，但并没有靠在密封面上关闭出油口弹簧将它压回静止位置，燃油从节流孔流出设计上确保，即使最大油量，柱塞也能回到原位位置，燃油从节流孔流出设计上确保，即使最大油量，柱塞也能回到原位油量过大油量过大，柱塞被推至出油口密封面，关闭出油口；，柱塞被推至出油口密封面，关闭出油口；少量泄漏少量泄漏，柱塞无法回到原位几次喷油之后，柱塞封住出油口柱塞无法回到原位几次喷油之后，柱塞封住出油口 BOSCH高压共轨喷油器：高压共轨喷油器：电磁阀，液力系统，喷油嘴电磁阀，液力系统，喷油嘴回油管球阀进油口电磁阀插座泻油孔进油孔控制腔柱塞进油槽针阀衔铁针阀弹簧1）电磁阀断电：球阀关闭）电磁阀断电：球阀关闭控制强压力＋针阀弹簧压力控制强压力＋针阀弹簧压力 > 针阀腔压力针阀腔压力针阀关闭，不喷射针阀关闭，不喷射2）电磁阀通电：球阀开启，泻油孔泻油）电磁阀通电：球阀开启，泻油孔泻油控制腔压力＋针阀弹簧压力控制腔压力＋针阀弹簧压力 < 针阀腔压力针阀腔压力针阀抬起，喷射针阀抬起，喷射针阀腔针阀抬起速度针阀抬起速度 取决于泻油孔与进油孔的流量差取决于泻油孔与进油孔的流量差针阀关闭速度针阀关闭速度 取决于进油孔流量取决于进油孔流量喷射响应＝电磁阀响应＋液力系统响应喷射响应＝电磁阀响应＋液力系统响应一般应为一般应为 0.1ms~0.3ms (喷油速率控制的要求喷油速率控制的要求)工作原理工作原理 几个关键参数：几个关键参数： 共轨油压波动共轨油压波动 共轨容积的选择共轨容积的选择 ECD-U2ECD-U2高压高压共轨系统共轨系统1985年着手研制，年着手研制，1999年产量是年产量是3万套，已在匈牙利建立工万套，已在匈牙利建立工厂，生产适合轿车的厂，生产适合轿车的ECD-U2P共轨系统共轨系统,1999年年8月，月产月，月产量量1500台供给欧洲市场。
应用机型：日野的台供给欧洲市场应用机型：日野的J08C；；五十铃五十铃的的6HK1TC，，在三菱，日产的柴油机中也有应用最大喷在三菱，日产的柴油机中也有应用最大喷射压力射压力1200bar •19851985年开始研制年开始研制ECDECD－－U2U2高压共轨系统高压共轨系统•19991999年年产年年产30,00030,000台台•2121世纪新一代净化柴油机的燃油系统世纪新一代净化柴油机的燃油系统日本电装公司 世界著名的油泵油嘴公司 ECD－－U2系统具有广阔的适用范围系统具有广阔的适用范围最大喷油压力最大喷油压力150MPa最大喷油量最大喷油量250mm3/次次U2P特别适用特别适用轿车发动机，轿车发动机，其最大喷油量其最大喷油量100mm3/次次 ECDECD－－U2 U2 系统构成系统构成※初期采用三通阀结构，但应用中存在过多的泄漏，已废止，现采用二通阀 ECD-U2喷油器工作原理喷油器工作原理 E EC CD D| |U U2 2喷喷油油器器结结构构 喷油器中的信号谱喷油器中的信号谱 ECD-U2油泵供油控制原理剖面图油泵供油控制原理剖面图柱塞下行：断电，电磁阀开启，从油箱抽油柱塞下行：断电，电磁阀开启，从油箱抽油柱塞上行预行程：不通电，无压缩，部分燃油压回油箱柱塞上行预行程：不通电，无压缩，部分燃油压回油箱柱塞压缩行程：在上止点的某个时刻，通电，阀关闭，剩余燃油压到高压油管柱塞压缩行程：在上止点的某个时刻，通电，阀关闭，剩余燃油压到高压油管 通电越早，供应燃油越多。
供油控制～通电提前角控制！通电越早，供应燃油越多供油控制～通电提前角控制！效率很高，控制更简单效率很高，控制更简单 ECD－－U2油泵油泵 LOCUS高压共轨系统高压共轨系统 LOCUS高压油泵高压油泵 LOCUS高压共轨喷油器：高压共轨喷油器：电磁阀，液力系统，喷油嘴电磁阀，液力系统，喷油嘴液力平衡阀结构液力平衡阀结构减小运动质量：快速响应控制，减小喷减小运动质量：快速响应控制，减小喷嘴密封处的撞击应力嘴密封处的撞击应力 喷油器驱动及预喷射喷油器驱动及预喷射 喷油量计量：压力－时间方式喷油量计量：压力－时间方式·喷嘴开启所允许喷嘴开启所允许的最小脉冲宽度的最小脉冲宽度取决于喷油器总取决于喷油器总成的液力响应滞成的液力响应滞后时间当共轨压力为当共轨压力为200bar~1600bar,响应滞后时间为响应滞后时间为0.4ms~0.2ms 喷油量循环变动喷油量循环变动共轨压力在共轨压力在1200 bar以内时，循环供以内时，循环供油标准偏差在油标准偏差在 0.3 mm3以内以内.供油离散度较好供油离散度较好 共轨系统传感器共轨系统传感器 增压压力传感器加速踏板传感器凸轮轴转速传感器 1.共轨式电控喷油器研究共轨式电控喷油器研究出油孔进油孔液压活塞控制室喷嘴弹簧回油口电磁铁平衡控制阀阀顶杆快速响应电磁阀液力系统天津大学高压共轨喷油器天津大学高压共轨喷油器 PBOSCH的共轨电磁阀铁芯线圈衔铁球阀P天津大学的共轨电磁阀压力平衡阀1.共轨式电控喷油器研究共轨式电控喷油器研究----快速响应电磁阀的研究快速响应电磁阀的研究 球阀结构示意图球阀结构示意图Pd电磁铁控制阀 PPθd1d2Q 喷油器质量检测喷油器质量检测 1365421 – Injector under test2 – Variable volume measuring chamber3 – Temperature sensor4 – Sliding piston5 – Linear displacement sensor6 – Draining electrovalveµmms喷油量测量－喷油量测量－EFS单次喷射仪单次喷射仪 压电喷油器 。